基于層次分析法的漁船避風錨地錨位點的抗風能力評價

張仡，張大朋*，朱克強，姜淏予

（1.廣東海洋大學，廣東湛江 524088；2.寧波大學，浙江寧波 315211）

陽江市擬重點建設5個示范性漁港、1個區域性避風錨地、3個地方漁港。到2025年，陽江市基本建成以示范性漁港、區域性避風錨地為核心，以其他漁港為基礎的防臺避風能力強、布局合理、功能完善、管理有序、生態良好的現代漁港新體系。

圖1 青草渡區域性漁船避風錨地漁船通常使用的有桿錨

為填補陽江市4 700多艘捕撈漁船沒有專門的避風錨地的空白，提高陽江市漁船的防災防風能力，進一步保障廣大漁民的生命財產安全，推動粵西縣域經濟的發展，筆者對雞村、溪頭鎮等地進行了走訪和座談，在提供的漁船、錨地、水文氣象等資料基礎上對青草渡區域性漁船避風錨地抗風級能力進行評價，并進行了錨地系泊力的實船實驗，對于具體指導青草渡地區的漁船錨泊（如圖1所示）有著重要指導意義。

一、項目背景及系統工作環境概述

（一）項目背景

本工程位于陽西縣縣城東偏北約7km處內海灣，毗鄰的程村鎮、織鎮和溪頭鎮，東南部約12km處為陽江港。

（二）系統工作環境

根據2004年～2014年基本風速資料可知，全年浪向以SE為最多，ESE次之，浪向主要分布在ESE～S之間，約占93%。東北季風期波向較為集中，ESE和SE浪向約占90%左右；西南季風期波向略有分散，浪向分布在ESE～S之間，以SSE和S方向波向為最多。季風轉換期的4、9月份浪向分布介于兩者之間。西南季風SSE～S強浪向為SSE～S，東北季風期強浪向多為ESE～SE，但東北風強盛期，強浪向可出現在NNE方向（如圖2所示）。

圖2 陽江海域全年各向各級波高分布玫瑰圖

對應的流速流向結果如圖3、圖4所示。

圖3 流向圖

圖4 流速圖

二、拋錨方式

青草渡區域性漁船避風錨地漁船組合防抗臺時，一般拋“一點錨”（平行錨）或小夾角“八字錨”（如圖5所示）。

圖5 青草渡區域性漁船避風錨地漁船組合防抗臺拋錨方式

三、錨泊時的錨泊力

（一）單錨泊時的錨抓力

單錨泊時的錨抓力由錨的抓力和鏈與海底間的摩擦力兩部分構成，即[1-3]：

P：錨的總抓力（9.8kn）；Pa：錨的抓力（9.8kn）；Pc：錨鏈抓力（9.8kn）；λa：錨抓力系數；λc：鏈抓力系數；Wa：錨在空氣的重量（kg）；Wc：每米錨鏈在空氣中的重量（kg/m）；l：臥底鏈長（m）。

（二）錨型與抓力系數

錨的種類較多，形狀各異，錨的抓力系數不同。根據Thorpo實驗，在不同底質中抓力系數也不同，如表1所示。

表1 錨的種類與抓力系數

錨鏈的抓力系數：根據T.Thorpo實驗建議：砂底取0.75，泥底取0.6。

項目組在青草渡區域性漁船避風錨地內共選取了6個地點進行實驗，各實驗地點位置如圖6所示。

圖6 典型漁船系駐力實船實驗地點

實驗開始前，項目組首先將錨和船體用纜繩分別系于測力儀兩端的卸扣上，確認系固后，將漁船駛往實驗地點，拋錨，然后漁船主機逐級加車后退，在此過程中實時記錄手持顯示器的讀數，當漁船走錨時停車，此時顯示器顯示的測力儀讀數即為該錨點的最大系駐力。

實驗時，實驗漁船“粵陽西漁96478”吃水1.6m；風向SW/風速1～2級；錨地潮水初落，流速0.5～1kn，具體如表2及表3所示。

表2 青草渡區域性漁船避風錨地漁船系駐力實船實驗地點位置一覽表

表3 實船實驗最大各實驗地點最大系駐力統計表

四、層次分析法在避風錨地錨位點抗風評估中的應用

水深、底質、風浪流等參數對于漁船錨泊抗風能力的影響相互關聯、相互制約又互不相同。為對它們的影響做出有效評估，項目組引入了層次分析法（AHP）。關于層次分析法的原理及相關表達形式詳細可參見文獻[4-6]，本文中不再詳述。

（一）層次分析法的步驟和方法

1.建立層次結構模型

項目組將決策的目標、考慮的因素（決策準則）和決策對象按它們之間的相互關系分為最高層、中間層和最低層，繪出層次結構圖。

2.構造判斷（成對比較）矩陣

判斷矩陣是表示本層所有因素針對上一層某一個因素的相對重要性的比較。判斷矩陣的元素aij用Santy的1～9標度方法給出（見表4）。一般認為每層不要超過9個因素。

表4 判斷矩陣元素aij 的標度表

3.層次單排序及一致性檢驗

4.層次總排序及其一致性檢驗

（二）錨位點抗風能力評價

1.確立層次結構

確定目標層。即項目組對錨位點的抗風能力總體評價。

確定準則層。按漁船錨地選擇條件來看，項目組要考慮七個方面的要素：水深A1、底質A2、地形A3、風情況A4、避風條件A5、潮流A6、救助條件A7。

確定方案層。即備選的六個實驗錨位點1、2、3、4、5、6。分布圖如圖6所示。具體層次結構圖見圖7。

圖7 層級結構圖

2.構造判斷矩陣及一致性檢驗

在各個影響錨地的因素中，構造各因素之間的兩兩比較矩陣并按第一節層次分析法的計算方法，將判斷矩陣每一列歸一化，得出各項的權重。

準則層對目標層的評價，見表5。

表5 對錨位點總體評價的判斷矩陣

各方案層對準則層各因素的評價，見表6～12。

表6 各錨位點對水深的判斷矩陣

表7 各錨位點對底質的判斷矩陣

表8 各錨位點對地形的判斷矩陣

表9 各錨位點對風況的判斷矩陣

表10 各錨位點對避風條件的判斷矩陣

表11 各錨位點對潮流的判斷矩陣

表12 各錨位點對救助條件的判斷矩陣

中間層中要素對決策目標的排序權重，見表13。

表13 中間層中要素對目標層的排序權重

方案層中要素對決策目標的排序權重，見表14。

表14 方案層中要素對目標層的排序權重

3.綜合評價

通過六個錨位點的總體評價。結果見圖9。

圖9 最終評價結果

由于錨位點距離較為接近，類似風況、潮流等數據無法獲得，要素間的兩兩比較以經驗值為主，而地形受到采砂作業的影響，無法判斷，在本模型中做權重值等同處理。由于該影響因素權重小，因此對總體評價不會造成較大的影響。項目組根據上述的綜合評價結果，得出錨位點4總體評價最好，錨位點2、3、6結果較為接近，評價較好，錨位點1、5評價結果較低。

據此，對該區域錨地的避風條件作綜合分析，其最大可能避風能力如下：

在臺風正面襲擊、拋一點錨，主機全速頂風流的情況下，最大可避15級風力的風，也即強臺風。但在錨位點1、5減少至14級臺風。如果在灘涂擱淺的情況下避臺風，可以達超強臺風等級以上。當然，其他的安全措施如固定船體，前后拋錨措施必不可缺。

當錨地的底質為泥沙時，其系駐力最好，砂底次之，泥底最差。因此，我們建議有關部門應合理統籌該錨地的采砂行為，并對此進行專題論證。